1 引言

在車輛定位系統(tǒng)中，GPS 系統(tǒng)是目前世界上應(yīng)用得最為廣泛的，其功能作用已廣為人所接受。它能為用戶提供全球、全天候、高精度、連續(xù)實時的導(dǎo)航、定位和授時。

隨著移動 GPRS 業(yè)務(wù)的開展，GPRS 在無線傳輸中已經(jīng)成為一種成熟可靠的傳輸方式。

GPRS 網(wǎng)本身支持TCP/IP、X.25 等協(xié)議，可以直接與IP 網(wǎng)或X.25 網(wǎng)互通，實現(xiàn)GPRS 終端的上網(wǎng)功能。它可以保證永遠在線，而且是按照流量記費，不傳輸數(shù)據(jù)時不計費，同時中國移動公司的眾多基站和可靠的頻段信號能夠保證信息傳輸及時、無誤。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)功能介紹

本系統(tǒng)基于 GPS/GPRS 進行設(shè)計，主要以出租車公司為服務(wù)對象，總體結(jié)構(gòu)如圖1：

主要實現(xiàn)的功能為：

出租車終端利用 GPS 模塊實時地接收其定位、速度、時間等信息，然后通過GPRS 模塊將這些信息上傳至監(jiān)控中心，在遇到緊急情況時，向監(jiān)控中心發(fā)出求救警報。

監(jiān)控中心將接收到的信息寫入數(shù)據(jù)庫，對車輛的位置、速度進行實時的監(jiān)控，必要時發(fā)出警告信息，處理客戶預(yù)訂業(yè)務(wù)時向出租車發(fā)送調(diào)度信息。

3 整體系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)的設(shè)計主要由三部分組成：出租車終端軟硬件設(shè)計、監(jiān)控中心軟件設(shè)計以及車載終端和監(jiān)控中心通信程序設(shè)計。

3.1 出租車終端的軟硬件設(shè)計

3.1.1 出租車終端的硬件設(shè)計

該終端硬件部分主要由主控芯片、GPRS 模塊、GPS 模塊組成。

主控芯片選用三星公司生產(chǎn)的 S3C2410 處理器，該處理器采用ARM920T 內(nèi)核，S3C2410外圍電路包含電源模塊、64M SDRAM、64M FLASH、RS232 串行口、USB 接口、4×4 鍵盤接口模塊、LCD 模塊等。

GPS 模塊選用的是Compass Systems 公司生產(chǎn)的GM611 滑鼠型GPS 衛(wèi)星接收機，它具有超高靈敏度、超低功耗和超小體積的特點，而且?guī)娏Υ判裕瑩碛袊栏竦姆浪O(shè)計，可將其直接吸附于車頂使用，2D 定位精度小于10 米。該GPS 模塊與主板的串口1 連接，上電后以每秒鐘一次的頻率將定位信息傳送給處理器。

GPRS 模塊選用的是WAVECOM 公司生產(chǎn)的WISMO QUIK Q2406A 模塊，它是GSM/GPRS 900/1800 雙頻模塊，與標準的AT 指令兼容。它與S3C2410 主板的串口2 連接，實現(xiàn)GPRS 撥號上網(wǎng)。

3.1.2 出租車終端的軟件設(shè)計

該終端的軟件設(shè)計主要包含兩個部分：GPS 定位信息的接收和GPRS 撥號上網(wǎng)的實現(xiàn)。

由于終端移植了嵌入式Linux（內(nèi)核版本為2.6.16），它提供豐富的設(shè)備支持和成熟的系統(tǒng)管理能力，因而大大地簡化了軟件的開發(fā)過程。

（1）GPS 定位信息接收的實現(xiàn)

該過程主要通過 Linux 串口通信編程來實現(xiàn)，在實現(xiàn)過程中的關(guān)鍵處理部分是：串口屬性設(shè)置以及對接收到的GPS 信息的解析。

由于 GPS 模塊輸出的每幀數(shù)據(jù)都是以換行符結(jié)束，所以在設(shè)置串口屬性的時候可將其模式設(shè)為規(guī)范（Canonical）模式，即每次讀取串口時先將數(shù)據(jù)保存到緩存，直到讀到換行符時所有數(shù)據(jù)才會被傳輸，這樣就能保證每次讀取的是整幀數(shù)據(jù)，方便之后的幀頭判斷和信息解析。接下來還要根據(jù)GPS 模塊的默認參數(shù)配置串口傳輸速率為4800bps，8 位數(shù)據(jù)位，1 位停止位，無校驗位，串口屬性就設(shè)置完畢了。

GPS 模塊的輸出幀遵循NMEA0183 標準，具有多種格式，主要由幀頭進行標志，包括$GPGGA、$GPGLL、$GPGSA、 $GPGSV、$GPGMC、$GPVTG 六種幀，分別描述不同信息，一般來說$GPRMC 幀就可以提供我們所關(guān)心的數(shù)據(jù)，如經(jīng)緯度、速度、時間等，所以只需對該幀信息進行提取。$GPRMC 幀的格式如圖2：

在每次讀取的時候首先需要對幀頭進行判斷是否是$GPRMC 幀，然后再根據(jù)幀中的逗號位置，對該幀數(shù)據(jù)進行解析，提取所需的定位、速度和時間信息。

（2）GPRS 撥號上網(wǎng)的實現(xiàn)

該部分是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，是實現(xiàn)出租車終端和監(jiān)控中心進行無線通信的基礎(chǔ)，該過程主要依靠PPP（點到點協(xié)議）來實現(xiàn)，它可以實現(xiàn)在串行鏈路上創(chuàng)建和運行IP 協(xié)議。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)PPP 連接，首先需要配置內(nèi)核使其支持PPP，然后通過交叉編譯生成ARM平臺下的pppd 和chat 應(yīng)用程序。PPP 連接的建立和維持需要由pppd 和內(nèi)核中的PPP 驅(qū)動程序配合完成。chat 程序主要用于和GPRS 模塊進行交互，完成撥號和各項配置。執(zhí)行pppd的時候?qū)⑹紫日{(diào)用chat 程序進行撥號連接，PPP 鏈路的建立流程如圖3：

首先執(zhí)行 chat 程序?qū)χ袊苿拥慕尤胩柎a進行撥號，建立與PPP 服務(wù)器端的物理連接，然后進行LCP 鏈路的協(xié)商，主要協(xié)商一些鏈路參數(shù)（數(shù)據(jù)幀格式、最大傳輸單元等），協(xié)商成功后將建立與PPP 服務(wù)器端的數(shù)據(jù)鏈路，接著向PPP 服務(wù)器端提供用戶和口令進行PAP驗證，在未通過驗證之前是不能進行任何數(shù)據(jù)傳輸?shù)模詈?，進行IPCP 協(xié)商，主要進行IP地址的協(xié)商，協(xié)商成功后，出租車終端將獲得GGSN（GPRS 網(wǎng)關(guān)）為其動態(tài)分配的IP 地址。PPP 鏈路就建立完成了，之后出租車終端就相當于公網(wǎng)上的一臺主機，可以自由地與Internet 的其他主機進行數(shù)據(jù)交互了。

3.2 監(jiān)控中心的軟件設(shè)計

監(jiān)控中心是位于出租車公司的控制中心，它與公司服務(wù)器進行局域網(wǎng)連接如圖1，服務(wù)器具有固定公網(wǎng)（Internet）IP 地址，而監(jiān)控中心的IP 地址為局域網(wǎng)IP，公網(wǎng)上的主機（出租車終端）是不能通過該IP 來訪問監(jiān)控中心的，要想實現(xiàn)這個過程，必須在公司服務(wù)器設(shè)置端口映射，端口映射的原理是將擁有固定IP 地址的服務(wù)器端口映射到處于局域網(wǎng)的某臺主機端口上，如圖4：

上圖中，將服務(wù)器的1111 端口映射到局域網(wǎng)內(nèi)監(jiān)控中心的2222 端口，這樣外網(wǎng)主機發(fā)往服務(wù)器1111 端口的數(shù)據(jù)都將被重定向到監(jiān)控中心的2222 端口，監(jiān)控中心只要開放并監(jiān)聽該端口，即可獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。

監(jiān)控中心主機采用 Debian Linux 操作系統(tǒng)，Debian 是一套為計算機設(shè)計的自由操作系統(tǒng)，它包含一萬五千多個軟件包，都是自由開源的，并被包裝成容易安裝的deb 格式，Debian是一款功能強大的Linux 操作系統(tǒng)。

監(jiān)控中心的軟件設(shè)計主要完成以下兩個任務(wù)：接收出租車終端發(fā)送過來的信息并寫入數(shù)據(jù)庫；設(shè)計圖形管理軟件，方便各項功能的實現(xiàn)。

（1）接收出租車終端發(fā)送過來的定位信息并寫入數(shù)據(jù)庫

設(shè)計一個守護（Daemon）進程，它可以實現(xiàn)在操作系統(tǒng)啟動后一直在后臺運行，不受控制終端的控制，該進程主要用于監(jiān)聽本監(jiān)控中心的指定端口，接收由出租車終端發(fā)送過來的定位、速度和時間信息，然后將所有信息寫入POSTGRESQL8.0 數(shù)據(jù)庫［4］。POSTGRESQL數(shù)據(jù)庫是世界上可以獲得開放源碼的最先進的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持幾乎所有 SQL 構(gòu)件（包括子查詢，事務(wù)和用戶定義類型和函數(shù)），并且為多種開發(fā)語言提供接口（包括 C，C++，Java 等）。

Linux 系統(tǒng)下采用C 語言對該數(shù)據(jù)庫進行操作，主要用到以下三個函數(shù)：

PQconnectdb（“dbname=psql_data”）用于打開名為psql_data 的POSTGRESQL 數(shù)據(jù)庫；PQexec（PQconnectdb（），sql_query）用于對打開的數(shù)據(jù)庫執(zhí)行各種SQL 語句；PQfinish（）用于關(guān)閉打開的數(shù)據(jù)庫。

（2）圖形管理軟件設(shè)計

監(jiān)控中心采用 GTK+2.0 進行圖形管理軟件的開發(fā)，GTK+2.0 采用面向?qū)ο蟮腃 語言開發(fā)框架，盡管完全用 C 寫成的，但它是基于類和回調(diào)函數(shù)的思想實現(xiàn)的，應(yīng)用它可以輕松的在Linux 系統(tǒng)平臺的X WINDOW 環(huán)境下開發(fā)出漂亮的圖形界面應(yīng)用程序。

該管理軟件采用雙線程編程，實現(xiàn)的功能如圖5：

POSTGRESQL 數(shù)據(jù)庫中保存的信息是各項功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)。由于GTK+2.0 開發(fā)可以完全使用C 語言來實現(xiàn)，所以在一個GTK+2.0 程序中可以很方便的進行POSTGRESQL 數(shù)據(jù)庫的各項操作。需要注意的是在使用GTK+2.0 開發(fā)中文軟件的時候要將輸入字符設(shè)置為utf-8 的格式，否則軟件不能正常顯示中文字。

3.3 車載終端和監(jiān)控中心通信程序設(shè)計

出租車終端已獲得 IP 實現(xiàn)撥號上網(wǎng)，監(jiān)控中心也進行了服務(wù)器端的端口映射，兩者都成為了連上Internet 的主機，接下來就可以通過Socket（嵌套字）實現(xiàn)兩主機進程間的通信。

在網(wǎng)絡(luò)通信過程中，各主機的進程是由與其綁定的端口號來進行區(qū)分的。

出租車終端和監(jiān)控中心采用 client 和server 模型，因為數(shù)據(jù)發(fā)送比較頻繁，所以使用UDP 協(xié)議進行數(shù)據(jù)包的傳輸，以提高傳輸速率。首先由車載終端進程創(chuàng)建一個Socket，接著向監(jiān)控中心指定端口發(fā)起連接請求。監(jiān)控中心進程也創(chuàng)建一個Socket，并將其綁定到該指定端口，接著對該端口進行監(jiān)聽，一旦檢測到連接請求，隨即調(diào)用connect 函數(shù)建立該連接，從而在兩主機上的Socket 之間建立連接，之后雙方進程之間就可以通過send（）和recv（）函數(shù)進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收操作了。

4 結(jié)論

本文提出了一套完整的出租車監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計方案，充分利用了 GPS 精確的定位能力和GPRS 穩(wěn)定、高速的無線數(shù)據(jù)傳輸能力。在經(jīng)過實際調(diào)試應(yīng)用后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。再加上本系統(tǒng)軟件部分都是在Linux 操作系統(tǒng)下實現(xiàn)，使得系統(tǒng)開發(fā)成本大大降低，如果在車載終端硬件設(shè)計時能夠進行針對性的優(yōu)化配置，將使得成本進一步降低。另外，在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴展其他功能也是很方便的，如在車載終端引入電子地圖的導(dǎo)航功能，以及監(jiān)控中心引入路況報告功能等。隨著GPS定位能力的進一步提高和3G時代帶來的移動通信速率的提升，相信本系統(tǒng)將擁有更為廣闊的應(yīng)用前景。